Jste zde

LPS331AP vyčíslí nadmořskou výšku a prozradí třetí rozměr

Jan Robenek, 21. Září 2012 - 0:00

Nejmenší číslicové řešení sériově vyráběného snímače tlaku využívá k přesnému stanovení nadmořské výšky inovativní technologie MEMS.

Ve společnosti STMicroelectronics představili nový senzor tlaku, umožňující mobilním telefonům a dalším přenosným zařízením vyčíslit s velmi vysokou přesností jejich aktuální výšku, vztaženou k úrovni hladiny moře. S trochou nadsázky tak budeme schopni lokalizovat nejen dané patro budovy, ale snad i konkrétní schod na přístupovém schodišti.

Přesné určení polohy mobilního zařízení se totiž stává klíčovým prvkem celé řady nově vznikajících služeb typu LBS (Location-Based Services), které by měly reprezentovat jakousi nastupující vlnu „vražedných“ aplikací současného mobilního světa. Vývojářská komunita tak stojí před jasným úkolem: zajistit vše nezbytné ke stanovení polohy mobilního systému ve třech rozměrech a to způsobem, který se elegantně vyrovná s množstvím mnohdy protichůdných omezení, včetně rozlišení ve zkoumaném prostoru, vykazované spolehlivosti, fyzických rozměrů, robustnosti (tzv. „blbuvzdornosti“) a v neposlední řadě též i ceny.

K určení horizontálních souřadnic, tj. zeměpisné šířky a také délky, se běžně využívá navigačního systému – GNSS (Global Navigation Satellite System), který dokáže v případě optimálních podmínek, kdy zařízení přijímá signály ze čtyř a více družic, dosahovat poměrně slušných výsledků. V případě třetího rozměru, tj. nadmořské výšky, zase využijeme „služeb“ atmosférického tlaku, který bude s rostoucí výškou postupně klesat. Ve výsledku tak jsme schopni pracovat dokonce s ještě větším rozlišením než v případě GNSS, zejména pak v případě, kdy „uvidíme“ méně než čtyři satelity.

Nový senzor z dílny ST dokáže přesně stanovit tlak vzduchu v rozsahu od 260 milibarů, což odpovídá běžným poměrům ve výšce okolo 10 km (více než jeden kilometr nad vrcholem Mount Everestu), až po 1 260 milibarů, kdy se již pohybujeme nějakých 1 800 metrů pod hladinou moře (zhruba uprostřed nejhlubšího dolu, který kdy byl vyhlouben). Se svými rozměry pouhé 3 mm x 3 mm, nízkonapěťovými požadavky a minimálním vlastním odběrem tak zcela nepochybně nalezne své čestné místo v chytrých telefonech, sportovních hodinkách, ale také meteorologických stanicích, automobilech či průmyslových systémech.

LPS331AP,

MEMS pressure sensor: 260-1260 mbar absolute digital output barometer,

se kterým se budeme například setkávat v nejnovějších smartphonech od Samsungu, se vyrábí na základě chráněné technologie MEMS, nazvané VENSENS a umožňující výrobu daného senzoru tlaku na monolitickém křemíkovém čipu, čímž dále zvyšuje jeho spolehlivost. Samotný snímací prvek obvodu pak vychází z pružné membrány na křemíkové bázi, situované nad vzduchovou dutinkou s řízenou mezerou a definovaným tlakem uvnitř. Ve srovnání s tradičními křemíkovými mikro – membránami se jedná o skutečně malé rozměry. Před poškozením ji chrání zabudované mechanické zarážky.

Piezorezistor, maličká struktura, jejíž elektrický odpor se mění s pohybem membrány, tj. v odezvě na změny vyvolané vnějším tlakem, je vestavěný přímo do membrány. Změnu odporu poté už jen monitorujeme, kompenzujeme s ohledem na teplotu a následně převádíme do číslicového ztvárnění tlaku, který již dokážeme vyčíst host procesorem daného zařízení, s využitím běžného rozhraní I2C či SPI.

Základní vlastnosti obvodu LPS331AP

Vysoké rozlišení spolu s nízkým vlastním šumem čidla, schopnost detekovat rozdíly nadmořské výšky v řádu centimetrů
Chráněná technologie VENSENS od ST, snáší až 20násobek plného rozsahu
Volitelné ODR od 1 Hz až do 25 Hz
Nízká vlastní spotřeba, 5,5 µA (režim s nízkým rozlišením), 30 µA (režim s vysokým rozlišením)
Napájecí napětí 1,71 V až 3,6 V
Teplotní rozsah od -40 °C až do +85 °C
Vestavěné teplotní čidlo pro kompenzaci teplotního rozsahu
Tovární kalibrace tlaků a teplot, vylučuje potřebu domácího kalibrování
Plastové pouzdro typu HCLGA-16L (land-grid-array), rozměry 3 x 3 x 1 mm
Otvor, umožňující náležitou reakci snímacího prvku s vnějším tlakem

Pokud jde o cenu, obvod LPS331AP dostaneme při odběru 1 000 ks za $2.60. V rámci podpory maximálně rychlého vývoje se pochopitelně nezapomíná ani na vzorky nebo rovnou celé vývojové kity. Takový evaluační kit se pak skládá ze základní desky (STEVAL-MKI109V2) a plug-in modulu, adaptéru STEVALMKI120V1 včetně senzoru tlaku LPS331AP.